True RMS измеритель мощности с функцией контроля и управления нагрузкой

Представленный в статье ваттметр переменного тока позволяет измерять следующие параметры:
1. Действующее значение напряжения 
2. Действующее значение тока
3. Активная мощность 
4. Полная мощность 
5. Коэффициент мощности
6. Среднюю мощность нагрузки (см. ниже)

Возможности и особенности данной реализации:
1. Измеряемый диапазон мощностей для повышения точности разбит на два диапазона, при этом переключение между ними происходит автоматически.
2. Для улучшения читабельности и упрощения снятия показаний реализованы два варианта отображения информации (на фото ниже)
3. Прибор позволяет определять выход напряжения и тока за установленные границы и управлять нагрузкой на основании этой информации.
4. Прибор также измеряет мощность за период, таким образом можно определить реальное потребление устройств с переменной мощностью (холодильник, утюг, компьютер).

Фото

Активная мощность. Ток. Напряжение.

То же и Полная мощность. Коэффициент мощности. Средняя мощность за период измерения.

Методика измерения:

Существует прекрасная статья Олега Артамонова http://www.fcenter.ru/online.shtml?articles/hardware/tower/6484

Именно в соответствии с ней (и с теорией) и построена программа.

Схема:

Построена на общедоступных компонентах и легка к повторению.

БП - любой блок питания на 5В с небольшими пульсациями. 

Усилитель - LM2904 или подобный

Подстроечники Р1 и Р2 - многооборотные

Шунт Rш собран из резисторов 0,1 Ом 2Вт, соединенных параллельно. Выбирается из расчета примерно 1 резистор на 1 кВт максимальной измеряемой мощности. На плате есть место под 10шт. У меня установлено 4, примерно на 4 кВт.

ATMega8 сконфигурирована на работу от внутреннего генератора, 8МГц.

Внешний вид:

Обратите внимание на опторазвязку в левом верхнем углу.

Печатная плата:

Обратите внимание: не все элементы печатной платы использованы. В текущей версии нет необходимости в кварце с его обвязкой, кнопке К2 (рядом с К1, не обозначена). 

В правом углу размещена опторазвязка, но я рекомендую сделать ее в виде отдельного устройства. Пригодится.

Настройка и работа схемы:

Внимание: схема находится под сетевым напряжением. Прошивку МК производить при отключенном напряжении, запитывать через программатор! Выход UART подключать только через опторазвязку!

Настройка делится на два этапа.

Этап 1. Настройка точки нуля.

- Зажать кнопку и включить прибор. Отпустить кнопку.

- На экране появится изображение вида:

Это значения напряжения и тока по шкале 0..1023.

Слева-направо: минимум за период, максимум за период, среднее.

С помощью подстроечников Р1 и Р2 выставляем среднее в 511.

Проверяем наличие запаса сверху и снизу от минимума и максимума.

Число после # обозначает количество семплов, взятых за период. Это число должно быть несколько менее 200. 

Этап 2. Калибровка.

- Подключить переходник UART-USB. Например такой:

через опторазвязку. Ее плата находится в файле вместе с основной платой, на соседней вкладке.

- Запустить программу-терминал на скорости 4800.
- Подключить образцовые вольтметр и амперметр и активную нагрузку, к примеру 100Вт.
- Подключить прибор к сети. Во время загрузки, на изображении "термометра" зажать К1 и не отпускать до достижения "термометром" края экрана. На экране появится надпись (setup) .
- В терминале должно появится изображение вида:

Это диалоговое окно. Сохранение нового значения осуществляется так:

(пункт) (Enter) (значение) (Enter)

Расшифровка пунктов:
1, Константа для напряжения
2.  Константа для тока 1 диапазона
3. Константа для тока 2 диапазона
4. Количество периодов измерения. Влияет на частоту обновления информации.
5,6,7 Установки для управления нагрузкой (предохранитель). Выходы управления LED1, LED2.
8. Управление выводом в терминал. См. ниже.
0. Выход

Для калибровки составить пропорцию вида: Х=(записанная константа)*(образцовое напряжение)/(отображаемое напряжение)

Записать в память. При необходимости повторить.

Повторить для тока, затем поменять нагрузку для попадания во второй диапазон (скажем 1000Вт) и еще раз повторить.

Все, можно пользоваться.

Прочее:

1. В правом верхнем углу расположен индикатор. Его мигание подтверждает работоспособность устройства.

Точка внутри этого индикатора показывает включенный диапазон: меньше - 1 диапазон, больше - 2 диапазон.

2. Константа Disp, описанная во втором этапе калибровки управляет режимом вывода данных в терминал.

Disp=0  Ничего не выводится.

Disp=1 Дублирование данных дисплея в терминал:

Disp=2 Режим "осциллограф". В этом режиме сохраненные данные измерений мгновенных значений напряжения и тока выводятся в терминал, где их можно скопировать (к примеру) в Excel, проверить на адекватность, да и просто использовать для изучения формы тока и напряжения в сети. Файл-пример приложен к статье.

3. Фьюзы:

4. В рабочем режиме кнопка K1 переключает режимы отображения на дисплее.

Вот и все. Буду рад отзывам.

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}

Теги:

• АЦП
• Микроконтроллер
• AVR
• Амперметр
• Вольтметр
• Ваттметр
• BASCOM-AVR
• Sprint-Layout